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Blanc International II - SIMI 6 - Système Terre, environnement, risques (Blanc Inter II - SIMI 6)
Edition 2012


C-Profor


Modélisation de la dynamique du carbone profond des sols forestiers équatoriaux dans des environnements changeants

C-PROFOR
Modélisation de la dynamique du carbone profond des sols forestiers équatoriaux dans des environnements changeants

Le problème de la matière organique des sols forestiers équatoriaux
Il a été récemment découvert que les podzols amazoniens pouvaient stocker des quantités de carbone supérieures à ce qui était supposé, en particulier dans leurs horizons Bh profonds : plus de 13,6 Pg pour la seule Amazonie. De tels stocks soulèvent la question de leur stabilité face aux changements environnementaux. Tout changement significatif du couvert végétal va modifier la dynamique de l’eau dans le sol, et a fortiori la dynamique des matières organiques. En ce qui concerne les horizons Bh des podzols équatoriaux, il est supposé que le drainage de sols habituellement engorgés entraînerait une augmentation de la minéralisation des matières organiques, bien que l’intensité de ce processus doive être déterminée. Dans ce contexte, l'objectif principal est la quantification des taux de minéralisation de la matière organique des podzols sous différents scénarios de changement d'occupation du sol ou de changement climatique vers des conditions plus sèches ou plus contrastées, afin de fournir des évaluations fiables aux modélisateurs du climat ainsi que des orientations quant à l'occupation des sols. Enfin, les résultats attendus concernant la labilité de la matière organique des podzols aideront à l’établissement de recommandations relatives à l’utilisation des sols et la protection de la forêt.

Méthodes
Les objectifs du projet nécessitent (1) de connaître la dynamique de l'eau dans les podzols soumis à aux changements considérés, ainsi que (2) la quantification de la minéralisation des matières organiques des podzols sous différents régimes d'humectation/dessication. Le point (1) sera abordé par la modélisation de la dynamique de l’eau (potentiel matriciel et niveau des nappes) sous différents scénarios en utilisant des données déjà acquises ou en cours d’acquisition. Le point (2) sera abordé par la quantification de la capacité des microorganismes du sol à métaboliser la matière organique en mesurant la minéralisation de celle-ci sous différents potentiels matriciels et sous alternances humectation/dessication. Le croisement des résultats issus des points (1) et (2) permettra la modélisation de l’évolution du stock de carbone des podzols. Des données complémentaires et la validation du modèle à long terme seront recherchées par l’étude de chronoséquences naturelles dans lesquelles des Bh formés en conditions perhumides se trouvent actuellement soumis à un pédoclimat avec alternances de périodes sèches et humides. Une telle situation peut être observée là où une incision du relief par érosion régressive a permis un rabattement des nappes. Une situation où le système podzolique entier est maintenant soumis à des climats plus secs que lors de sa formation et elle connue en Afrique. Le projet servira aussi à stimuler le développement de techniques et instrumentations adaptées (1) à la détermination de la minéralisation de la matière organique du sol sous potentiel hydrique contrôlé et (2) à la caractérisation rapide et peu coûteuse de la matière organique par fluorescence 3D et fluorescence induite par laser sur échantillons solides. Il s’agit d’identifier l’information pertinente contenue dans les données spectrométriques pour construire des appareillages dédiés portables et à bas coût.

Résultats

(1) Quantification du carbone stocké: l'étude détaillée de 10 zones test a livré plus de 800 échantillons dont la teneur en carbone a déjà été déterminée, permettant de confirmer les hypothèses de départ quant à la quantité de carbone stocké dans ce type de sol.
(2) Modélisation de la dynamique de l'eau: plusieurs courbes h(?) et K(h) des Bh profonds ont déjà été obtenues par mesure sur banc Wind d'échantillons non perturbés et, pour les courbes h(?), par mesures en chambre de Richards. La partie modélisation se fait en collaboration avec un groupe canadien de l'U. Laval (Pr. J.L. Robert).
(3) La caractérisation détaillée de la MON: sur les échantillons représentatifs des différents faciès rencontrés ont été réalisées des études de minéralogie (DRX, DRS, FTIR) et une étude détaillé de la MON (C, N, AF, AH, RPE, RMN, 13C, 15N, EEFM sur extraits) effectuée en en collaboration avec un groupe de l'EMBRAPA de São Carlos. Cette étude a montré la nature très humifiée de la MON des Bh et un rapport C/N remarquablement élevé.

Perspectives

Déroulement normal du projet

Productions scientifiques et brevets

A venir

Partenaires

BioEMCo Biogéochimie et écologie des milieux continentaux

NUPEGEL Núcleo de Pesquisa em Geoquímica e Geofísica da Litosfera

PROTEE Processus de Transferts et d'Echanges dans l'Environnement

UFAM Universidade Federal do Amazonas

UP Universidade Pedagogica de Maputo

Aide de l'ANR 248 808 euros
Début et durée du projet scientifique janvier 2013 - 36 mois

Résumé de soumission

It has recently been discovered that Amazonian podzols may store much larger amounts of carbon than previously thought, particularly in their deep Bh horizons (over 13.6 Pg for Amazonia alone, Montes et al., 2011). Similarly high carbon stocks are likely to exist in similar climate/soil areas, mainly in Africa and in Borneo. Such carbon stocks raise the problem of their stability in response to changes in land use or climate. Any significant changes in vegetation cover would significantly alter the soil water dynamics, which is likely to affect the organic matter turnover in soils. The direction of the change, however, is not clear and is likely to depend on the specific conditions and properties of the soils. Considering the Bh horizons of the equatorial podzols, it can be assumed that the drying of these generally saturated soils will lead to an increase in C mineralization, although the extent of this increase has not yet been determined. These unknowns resulted in research programs dedicated improving estimates of the Amazonian podzol carbon stock and to a rough estimate of its lability (ongoing projects FAPESP 2011/03350-2 & ARCUS PACA-Brasil 2010-2013). The first results issued from this study confirmed the high carbon stocks in podzols, as hypothesized in Montes et al., 2011. Although necessary, the final results expected from this study will still be insufficient to give a reliable estimation of podzol organic matter behaviour in a changing environment, whether it is due to local (land-use) or global (climate change) factors.
In this context, the project objective is to quantify the rates of podzol organic matter mineralization under different scenarios of climate change towards drier or more variable moisture conditions. This requires (1) the quantification of podzol organic matter mineralization under alternating wet/dry cycles and (2) the modelling of water dynamics in podzols systems submitted to land use or climate changes.
Point (1) will be addressed by quantifying the ability of soil microorganisms to metabolize the soil organic matter by monitoring mineralization at different matric potentials and under alternating wet/dry cycles. Point (2) will be addressed by modelling water dynamics (matric potential and groundwater level) under different land use / climate scenarios, using the knowledge of podzol system already obtained or being acquired by ongoing studies. Combining the results of points (1) and (2) will allow a refined modelling of the evolution of the podzol C stock. Additional data and validation of the long-term modelling will be sought by studying natural chronosequences, where Bh formed in the past under water-logging conditions and nowadays are exposed to alternate dry and humid pedoclimate. Such situation are found in Brazil when hydromorphic podzol area is incised by regressive erosion. Situation where the whole podzol system is now submitted to dryer climate, however, are not fund in Brazil because of its paleoclimate history, but exist in Africa. The objective there is to compare organic matter quantity, average age and characteristics between still active podzols and paleopodzols.
The project is also designed to stimulate the development of appropriate techniques and instrumentation with regard to (1) organic matter carbon release under controlled water matric potential and (2) fast and low-cost organic matter characterization by Excitation-Emission Fluorescence Matrix Spectroscopy and Laser Induced Fluorescence Spectroscopy on solid samples. The objective is to identify the pertinent information contained in the spectroscopic data with regard to a given organic matter property or behaviour. Once known, this relationship will assess the feasibility of small, fast, low-cost instrumental systems dedicated to specific measurements.
Meanwhile, the expected results relating to the sensitivity of deep carbon to mineralization will help to evaluate land-use recommendations and forest protection measures.

 

Programme ANR : Blanc International II - SIMI 6 - Système Terre, environnement, risques (Blanc Inter II - SIMI 6) 2012

Référence projet : ANR-12-IS06-0002

Coordinateur du projet :
Monsieur Yves LUCAS (Processus de Transferts et d'Echanges dans l'Environnement)
lucas@nulluniv-tln.fr

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.